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ERFINDUNGSGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Elektroniksystem, das folgendes
umfaßt:
einen Satz von ersten Modulen, einen Satz von zweiten Modulen; eine
Mittelebene mit erster und zweiter Seite und Anschlußsteckern,
die sich durch die Mittelebene von der ersten Seite hindurch zur
zweiten Seite erstrecken, wobei die Enden der Anschlußstecker
auf der ersten Seite in die ersten Module eingreifen und die Enden
der Anschlußstecker
auf der zweiten Seite in die zweiten Module eingreifen und ein Verfahren
zum Verbinden von Leiterplatten in einem Gehäuse.
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Im
allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung Zwischenverbindungstopologien
zwischen Leiterplatten in einem Gehäuse und insbesondere Zwischenverbindungstopologien
für große Arrays
von Schaltmodulen, die eine hohe Schaltgeschwindigkeit haben.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Aus
dem Dokument
US-A-4,703,394 ist
ein System bekannt, um orthogonal angeordnete Leiterplatten in ersten
und zweiten Stapeln miteinander zu verbinden, umfassend erste Kontaktglieder,
die an zugewandten Rändern
der Platinen der beiden Stapel angeordnet sind und zum miteinander
Verbinden der Platinen verwendet werden. Eine Mittelebene ist senkrecht
zu und zwischen den beiden Stapeln von Platinen angeordnet. Zweite
Kontaktglieder sind an den gleichen zugewandten Rändern der
Platinen wie die ersten Kontaktglieder angeordnet. Ein Matrixschaltnetz
umfaßt
drei in Reihe geschaltete Stufen von Schaltkreisplatinen, die ein
System zur Zwischenschaltung orthogonal angeordneter Leiter platten
in den ersten und zweiten Stapeln implementieren. Der erste Stapel
auf der Platine ist horizontal, der zweite Stapel auf der Platine
ist vertikal, und der dritte Stapel ist horizontal. Aus dem Dokument
gehen keine abgeglichenen Differentialtreiber und Empfänger hervor,
die eine ausbalancierte Differentialzeichengebung auf einer der
horizontalen Platinen oder vertikalen Platinen gestatten und die
auch zusammen mit Eingangs- oder Ausgangsmatrixschaltarrays auf der
anderen der ersten oder zweiten Platine angeordnet sind.
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Drei-Stufen-Schalter
sind in der Technik bekannt. Wie der Name impliziert, weisen Drei-Stufen-Schalter
in der Regel drei Stufen auf, nämlich eine
Eingangsstufe, eine Mittelstufe und eine Ausgangsstufe.
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Die
Zwischenverbindungstopologie für
Arrays dieser Art enthält
einen Signalweg von jedem einer Anzahl von Eingangssubschaltern,
zu jedem einer Anzahl von Mittelsubschaltern, die wiederum einen
Pfad aufweisen, der sie mit einer Anzahl von Ausgangssubschaltern
verbindet. Ein Beispiel dafür ist
der Matrixschalter 2700 der Firma INRANGE Technologies Corp. Der
2700-Schalter enthält
128 Eingangssubschalter und 32 Eingangsanschlüsse pro Subschalter. Der 2700-Schalter
liefert einen Signalweg von jedem dieser Eingangssubschalter zu
64 Mittelsubschaltern. Ein Ausgang von jedem dieser Mittelsubschalter
kann mit jedem von 128 Ausgangssubschaltern verbunden sein. Jeder
Ausgangssubschalter enthält
32 Ausgänge.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein herkömmlicher
Drei-Stufen-Matrixschalter
gezeigt, allgemein als 10 bezeichnet. Die Eingangsstufe
enthält 128
Eingangssubschalter, als 12a-12n bezeichnet. Jeder
Eingangssubschalter enthält
eine 32×64-Eingabematrix mit
32 Eingangsempfängern
und 64 Eintaktausgangstreibern. Wenngleich nicht gezeigt, kann jeder Eingangsempfänger mit
jedem der 64 Ausgangstreiber verbunden sein.
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Als
ein Beispiel von mit Ausgangstreibern verbundenen Eingangsempfängern ist
in 8 ein 8×16-Submatrixschalter 100 gezeigt.
Wie gezeigt enthält
der Schalter 100 8 Eingangsempfänger 102 (an den horizontalen
Leitungen) und 16 Ausgangstreiber 104 (an den vertikalen
Leitungen). An der Schnittstelle jeder horizontalen und vertikalen
Leitung ist ein Kreuzungspunktschalter durch eine diagonale Linie
gezeigt. Wenn der Schalter an einer beliebigen Schnittstelle (Kreuzungspunkt)
ausgeschaltet ist, ist dieser Eingang nicht mit diesem Ausgang verbunden.
Wenn der Schalter eingeschaltet ist, ist dieser Eingang mit diesem
Ausgang verbunden. Bei dem in 8 gezeigten
Beispiel ist In-5 mit Out-9 dadurch verbunden, daß der Kreuzungspunktschalter 106 eingeschaltet
ist. Auf diese Weise ist es möglich, jeden
beliebigen Eingang mit einem beliebigen Ausgang oder jeden beliebigen
Eingang mit mehreren Ausgängen
zu verbinden.
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Weiterhin,
unter Bezugnahme auf 1, enthält die Mittelstufe 64 Mittelsubschalter,
die mit 14a-14m bezeichnet sind. Jeder Mittelsubschalter enthält eine
128×128-Mittelsubmatrix
mit 128 Eingangsempfängern
und 128 Ausgangstreibern. Wenngleich nicht gezeigt, kann jeder Eingangsempfänger der
Mittelsubmatrix 14a mit jedem der 128 Ausgangstreiber verbunden
sein.
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Immer
noch unter Bezugnahme auf 1, enthält die Ausgangsstufe 128 Ausgangssubschalter 16a-16n.
Jeder Ausgangssubschalter enthält
eine 64×32-Ausgangssubmatrix
mit 64 Eingangsempfängern
und 32 Ausgangstreibern. Analog zu den anderen Stufen kann jeder
Eingangsempfänger
der Ausgangssubmatrix 16a mit jedem der 32 Ausgangstreiber
verbunden sein.
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Somit
enthält
der Matrixschalter 10 4096 (32 × 128 = 4096) Leitungsempfänger, die
jeweils mit 4096 externen Eingangsanschlüssen 18, verbunden sind.
Der Matrixschalter 10 enthält auch 4096 Leitungstreiber
in der Ausgangsstufe, die jeweils mit 4096 externen Ausgangsanschlüssen 20 verbunden sind.
Verbindungen zwischen den Ausgangstreibern der ersten Stufe 12a-12n und
den Eingangsempfängern
der Mittelstufe 14a-14m erfolgen über eine
Vielzahl von Leitungen 22, die sich in Rückverdrahtungsplatinen
des Gehäuses
befinden (nicht gezeigt). Analog werden Verbindungen zwischen den
Ausgangstreibern der Mittelstufe und den Eingangsempfängern der
dritten Stufe 16a-16n über eine Vielzahl von Leitungen 24 hergestellt,
die sich ebenfalls in den Rückverdrahtungsplatinen
des Gehäuses
befinden (nicht gezeigt).
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Der
Matrixschalter 10 besteht physisch aus mehreren Modulen
oder Leiterplatten. Jedes Modul oder jede Leiterplatte enthält ein Eingangskreuzungspunktarray
aus einer 32×64-Eingangssubmatrix 12a und
ein Ausgangskreuzungspunktarray aus einer 64×32-Ausgangssubmatrix 16a.
Diese Module werden im folgenden als Eingangs-/Ausgangsmodule bezeichnet.
Eine weitere Art von Modul oder Leiterplatte ist im Matrixschalter 10 enthalten,
im weiteren als Mittelmatrixmodule bezeichnet. Jedes Mittelmatrixmodul
enthält
eine 128×128-Mittelsubmatrix 14a. Somit
enthält
der in 1 gezeigte Matrixschalter 10 4096 Eingangsanschlüsse und
4096 Ausgangsanschlüsse,
128 Eingangs-/Ausgangsmodule und 64 Mittelmatrixmodule.
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Die
Module des Matrixschalters 10 sind physisch in acht Gehäusen angeordnet.
Ein derartiges Gehäuse 30 ist
in 2 gezeigt. Wie dargestellt, stecken 24 Leiterplatinen
in dem Gehäuse 30.
Diese Platinen enthalten 16 Eingangs-/Ausgangsmodule (als I/OM1-I/OM16 bezeichnet)
und 8 Mittelmatrixmodule (als MMM1-MMM8 bezeichnet). Die Module werden
von der Vorderseite aus in das Gehäuse gesteckt und sind horizontal
ausgerichtet, wie gezeigt.
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Eine
16schichtige Rückverdrahtungsplatine 32 ist
erforderlich, um die Module in dem Gehäuse miteinander zu verbinden
und die Module mit Anschlußsteckern 34 an
dem Gehäuse
zu verbinden. Die Anschlußstecker 34 liefern
Verbindungen zu anderen Gehäusen
im Matrixschalter 10. Beispielsweise ermöglichen
die Anschlußstecker 34 das
Senden von 3584 Eintaktsignalen zu anderen Gehäusen im Matrixschalter 10.
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Wenngleich
Matrixschalter der in 1 und 2 gezeigten
Art adäquat
gewesen sind, hat die ständig
zunehmende Geschwindigkeit von Kommunikation in Netzen dazu geführt, daß die Geschwindigkeitskapazitäten von
vielen existierenden Matrixschaltern überstiegen werden. Ein Hindernis,
schnellere Schalter herzustellen, ist die Notwendigkeit einer ausbalancierten
Zeichengebung zwischen Modulen. Wegen der Notwendigkeit angepaßte Impedanzen und
minimale Signallängendifferentiale
innerhalb von Signalpaaren aufrechtzuerhalten, besteht das Bedürfnis, die
Anzahl von Signalen zu verdoppeln, die die Module miteinander verbinden.
Das Verdoppeln der Anzahl von Signalen auf jeder Rückverdrahtungsplatine
kann es erforderlich machen, die Anzahl der Rückwandverdrahtungsplatinenschichten
von 16 auf 32 zu erhöhen.
Die Anzahl von Signalen, die ein Chassis verbinden, muß möglicherweise
ebenfalls verdoppelt werden. Außerdem
senkt im allgemeinen die Signalstrecke die Gesamtgeschwindigkeit
des Schalters. Folglich besteht weiterhin eine Notwendigkeit, einen
Matrixschalter zu entwickeln, der für Hochgeschwindigkeitsanwendungen
eingesetzt wird, die ausbalancierte Differentialsignalpaare erfordern.
Es besteht außerdem
ein Bedarf, einen Hochgeschwindigkeitsmatrixschalter zu entwickeln,
ohne die Anzahl der Rückverdrahtungsplatinenschichten
in dem Gehäuse
zu erhöhen.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Um
diese und weitere Anforderungen zu erfüllen, und angesichts ihrer
Ziele, stellt die vorliegende Erfindung ein Elektroniksystem bereit,
das einen Satz von ersten Modulen und einen Satz von zweiten Modulen
und eine Mittelebene umfaßt.
Anschlußstecker,
die sich durch die Mittelebene erstrecken, sind mit den ersten Modulen
auf einer Seite der Mittelebene und mit den zweiten Modulen auf
der anderen Seite im Eingriff. Ausbalancierte Differentialtreiber
und Empfänger
mit Eingangs- und
Ausgangsfunktionen, die eine ausbalancierte Differentialzeichengebung aufweisen,
sind auf einem der ersten oder zweiten Module plaziert. Ausbalancierte
Differentialtreiber und Empfänger,
die eine ausbalancierte Differentialzeichengebung zulassen, sind
zusammen mit Eingangs- und Ausgangsmatrixschaltarrays auf dem anderen
der ersten oder zweiten Module angeordnet, und alle Signalbahnen
mit kontrollierter Impedanz befinden sich auf den ersten und zweiten
Modulen.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung sind die Module und die Mittelebene in einem Gehäuse enthalten.
Die Mittelebene ist orthogonal zu den Sätzen von ersten und zweiten
Modulen orientiert. Anschlusssteckerstifte erstrecken sich von einer
ersten Seite der Mittelebene hindurch zu der zweiten Seite der Mittelebene.
Jedes der ersten Module weist einen ersten Anschlußstecker
zum Koppeln mit den sich von der ersten Seite erstreckenden Anschlußsteckerstiften
auf, und jedes der zweiten Module weist einen zweiten Anschlußstecker
zum Koppeln mit den sich von der zweiten Seite aus erstreckenden Anschlusssteckerstiften
auf. Jedes der ersten Module enthält eine erste und dritte Stufe
von Schaltarrays, und jedes der zweiten Module enthält eine
zweite Stufe von Schaltarrays, wobei die erste, zweite und dritte
Stufe von Schaltarrays sequentiell in Reihe geschaltet sind. Ein
Signal wird von der ersten Stufe in die zweite Stufe über mindestens
einen Stift der Anschlusssteckerstifte auf der Mittelebene geleitet
und dann sequentiell von der zweiten Stufe zu der dritten Stufe über mindestens
einen anderen Stift der Anschlusssteckerstifte auf der Mittelebene
geleitet. Der erste und zweite Anschlußstecker weist Buchsen zum
jeweiligen Koppeln mit den sich von der ersten und zweiten Seite
der Mittelebene aus erstreckenden Anschlusssteckerstiften auf. Die
Mittelebene zwischenschaltet Strom- und Massesignale. Von der Erfindung
wird auch ein Verfahren bereitgestellt zum Verbinden von Leiterplatten
in einem Gehäuse,
umfassend:
- (a) Bereitstellen einer Mittelebene
mit erster und zweiter Seite für
das Gehäuse,
- (b) Anbringen von Anschlußsteckern
in der Mittelebene,
- (c) Bereitstellen eines Satzes von ersten Leiterplatten und
eines Satzes von zweiten Leiterplatten für das Gehäuse;
- (d) Anbringen erster und zweiter Buchsen an jeder der ersten
bzw. zweiten Leiterplatten,
- (e) Ineinandergreifen der ersten Buchse und eines Satzes der
Anschlußstecker
von der ersten Seite der Mittelebene und
- (f) Ineinandergreifen der zweiten Buchse und eines Satzes der
Anschlußstecker
von der zweiten Seite der Mittelebene und wobei Eingangs- und Ausgangsfunktionen,
die ausbalancierte Differentialtreiber und Empfänger umfassen, die eine ausbalancierte
Differentialzeichengebung gestatten, in einem des ersten oder zweiten
Satzes von Leiterplatten vorliegen und wobei Schaltfunktionen, die
ausbalancierte Differentialtreiber und Empfänger umfassen, die eine ausbalancierte
Differentialzeichengebung gestatten, in dem anderen des ersten oder
zweiten Satzes von Leiterplatten vorliegen und sich alle Signalbahnen
mit kontrollierter Impedanz auf dem ersten und zweiten Satz von
Leiterplatten befinden.
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Es
versteht sich, daß sowohl
die vorausgegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende
ausführliche
Beschreibung beispielhaft für
die Erfindung, aber nicht einschränkend sind.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung läßt sich
am besten anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung
mit der zugehörigen
Zeichnung erläutern.
Die Zeichnung umfasst die folgenden Figuren:
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das einen herkömmlichen Matrixschalter mit
drei Stufen von Modulen enthält;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer den Matrixschalter von 1 enthaltenden
herkömmlichen
Gehäusetopologie;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer Kreuz-Mittelebenen-Schaltertopologie
gemäß der Erfindung,
die einen Matrixschalter mit drei Stufen von Modulen enthält;
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4 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Abschnitts
der Kreuz-Mittelebenen-Schaltertopologie
von 3 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, die ein horizontal orientiertes Modul zeigt, das
mit einem vertikal orientierten Modul über eine Mittelebene gekoppelt
ist, die orthogonal zu den Modulen ausgerichtet ist;
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5 veranschaulicht
Signalpfade, die die Kreuz-Mittelebenen-Schaltertopologie
von 3 durchqueren;
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6 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines dreistufigen Elektroniksystems,
das die Kreuz-Mittelebenen-Topologie der vorliegenden Erfindung
enthält;
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7 ist
eine Querschnittsansicht der Mittelebene entlang der Linien 7-7
von 4 und
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8 ist
eine Darstellung eines herkömmlichen
8×16-Submatrixschalters.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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3 zeigt
eine Kreuz-Mittelebenen-Schaltertopologie gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Anstatt alle Module mit der gleichen
Orientierung auf der gleichen Seite einer Rückverdrahtungsplatte zu montieren,
können
Eingangs-/Ausgangsmodule in horizontaler Ausrichtung auf der Vorderseite
einer Mittelebene und Mittelmatrixmodule in vertikaler Ausrichtung
auf der Rückseite derselben
Mittelebene befestigt sein. Wie gezeigt, enthält der Hochgeschwindigkeitsmatrixschalter 40 eine
Mittelebene 42 innerhalb eines nicht gezeigten Gehäuses. Die
Mittelebene 42 nimmt mehrere Eingangs-/Ausgangsmodule 44 und
mehrere Mittelmatrixmodule 46 auf. Die Eingangs-/Ausgangsmodule sind
horizontal auf der Mittelebene und auf einer Seite der Mittelebene
(beispielsweise der Vorderseite) montiert. Die Mittelmatrixmodule
sind vertikal auf der Mittelebene und auf der anderen Seite der
Mittelebene (beispielsweise der Rückseite)angebracht. Durch die
resultierende Topologie entfallen die in herkömmlichen Topologien erforderlichen
Rückverdrahtungsplattenschichten.
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Wenngleich
nicht gezeigt, versteht sich, daß jedes Modul aus der Menge
der Module 44 und 46 Eingangsempfänger, Ausgangstreiber,
Strom- und Massevielfachleitungen enthält sowie Steuersignale schaltet.
Einige Module können
durch den Einsatz von Eintaktempfängern und -treibern bei einer
relativ niedrigen Geschwindigkeit betrieben werden, während andere
Module durch den Einsatz von Gegentaktempfängern und -treibern bei relativ
hoher Geschwindigkeit betrieben werden können. Erreicht werden kann
dies durch Verwendung einer ausbalancierten Differentialzeichengebung.
Wenngleich die Verwendung einer Differentialzeichengebung die Anzahl
der für
die Schalterstruktur (Verdrahtung, die die drei Schalterstufen miteinander
verbindet) benötigten Signalwege
möglicherweise
verdoppeln kann, entfällt durch
die Mittelebenentopologie die Notwendigkeit, durch die Schalterstruktur
eine konstante Impedanz aufrechtzuerhalten, wird Nebensprechen reduziert und
eine minimale Unsymmetrie zwischen Differentialpaaren auf der Mittelebene
(Rückverdrahtungsplatte)
erreicht.
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Es
versteht sich, daß Gegentakttreiber
und -empfänger
auch als Differentialtreiber und -empfänger bezeichnet werden können. Differentialtreiber und
-empfänger
eignen sich gut für
die Hochgeschwindigkeitszeichengebung, weil sie angepaßte Übertragungsbahnen
oder -leitungen verwenden. Jeder Differentialtreiber oder -empfänger erfaßt Differentialspannungspegel
anstatt eines auf Massepotential bezogenen Spannungspegels. Außerdem ist der
Nettostromfluß von
Differentialsignalen relativ zur Masse null. Folglich fließt während des
Schaltens einer großen
Anzahl von Signalen wenig oder kein Massestrom.
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Wie
nachfolgend erläutert
wird, gestattet die in 3 gezeigte Mittelebenentopologie,
daß die Schalterstruktur
durch die Mittelebene hindurch verläuft, ohne daß sich die
Schalterstruktur über
die Mittelebene erstrecken muß.
Mit anderen Worten, es entfallen in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
die in herkömmlichen
Matrixschaltern vorliegenden Rückverdrahtungsplattenschichten.
Dies ist unter Bezugnahme auf 4 zu sehen,
die eine Teil- und Explosionsansicht des in 3 gezeigten Matrixschalters
ist. Zu Erläuterungszwecken
sind auf gegenüberliegenden
Seiten der Mittelebene 42 nur ein Eingangs-/Ausgangsmodul 44 und
ein Mittelmatrixmodul 46 gezeigt. Das Eingangs-/Ausgangsmodul 44 weist
mehrere Buchsenblöcke 44a und 44b auf. Analog
weist das Mittelmatrixmodul 46 mehrere Buchsenblöcke 46b und 46c auf.
Um die jeweiligen Buchsen aufzunehmen, weist die Mittelebene 42 mehrere
Anschlußstecker 42a, 42b und 42c auf.
Jeder Anschlußstecker
hat mehrere Stifte 48, wobei jeder Stift 48 orthogonal
zu den planaren Oberflächen (Vorderseite
und Rückseite)
der Mittelebene 42 ausgerichtet ist. Die Enden jedes Stiftes
stehen in einem gleich großem
Abstand von jeder planaren Oberfläche der Mittelebene 42 vor.
Auf diese Weise kann ein einzelner Stift 48 in eine einzelne
Steckhülse
eines Eingangs-/Ausgangsmoduls und in eine einzelne Steckhülse eines
Mittelmatrixmoduls eingreifen. Beispielsweise kann ein Ende des
Stifts 48 des Anschlußsteckers 42b in
die Steckhülse 50 des
Buchsenblocks 44b eingreifen, und das andere Ende des Stiftes 48 kann
in die Steckhülse 52 des
Buchsenblocks 46b eingreifen. Somit sind die Stifte 48 die verbindende
Struktur zwischen den Eingangs-/Ausgangsmodulen und den Mittelmatrixmodulen.
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Es
versteht sich, daß der
Buchsenblock 44a mit dem Anschlußsteckerblock 42a auf
einer Seite der Mittelebene 42 im Eingriff ist. Die andere
Seite des Anschlußsteckerblocks 42a,
die sich auf der anderen Seite der Mittelebene 42 befindet,
steht mit einem nicht gezeigten Mittelmatrixmodul im Eingriff. Außerdem steht
der Buchsenblock 46c am Mittelmatrixmodul 46 mit
dem Anschlußsteckerblock 42c auf der
Rückseite
der Mittelebene 42 im Eingriff, während auf der Vorderseite der
Mittelebene 42 der Anschlußsteckerblock 42c noch
in ein weiteres, nicht gezeigtes Eingangs-/Ausgangsmodul eingreift. Auf diese
Weise sind alle Eingangs-/Ausgangsmodule über die
Stifte der Mittelebene 42 mit allen Mittelmatrixmodulen
zusammengeschaltet. Die Stifte 48 können durch die Mittelebene 42 hindurch
eingesetzt werden und durch ein beliebiges herkömmliches Verfahren wie etwa
Preßpassung
in einer festen Position gehalten werden. Diese Beziehung zwischen
den Stiften 48 und der Mittelebene 42 ist in 7 gezeigt, die
eine entlang der Linien 7-7 von 4 gezeigte Querschnittsansicht
ist.
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5 veranschaulicht
eine Signalleitung durch einen Kreuz-Mittelebenenschalter 40. Wie
gezeigt nimmt die Mittelebene 42 an der Vorderseite horizontal
ausgerichtete Eingangs-/Ausgangsmodule 44, 52 und 54 (Eingangs-/Ausgangsmodule 44, 52 und 54 sind
ebenfalls in Beziehung zueinander in 3 gezeigt)
auf. Die Mittelebene 42 nimmt außerdem auf der Rückseite
vertikal verlaufende Mittelmatrixmodule 46 und 50 (Mittelmatrixmodule 46 und 50 sind
in Beziehung zueinander in 3 gezeigt)
auf. Auch gekoppelte Anschlußstecker
sind zwischen den Modulen und der Mittelebene gezeigt. Zu Erläuterungszwecken
sind die gekoppelten Anschlußstecker durch
kleine Kreise 60a-60d dargestellt. Es versteht sich,
daß jeder
kleine Kreis einen Buchsenblock an einem Eingangs-/Ausgangsmodul,
einen Buchsenblock an einem Mittelmatrixmodul und einen koppelnden
Anschlußstecker
an der Mittelebene zeigt, wobei die drei eine Verbindung zwischen
den beiden Modulen bereitstellen. Beispielsweise stellt der Kreis 60b den
Buchsenblock 44b, den Buchsenblock 46b und den
Anschlußstecker 42b mit
den Stiften 48 dar, wie in 4 gezeigt.
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Im
Betrieb tritt ein Signal A (Ain) in das obere Eingangs-/Ausgangsmodul 44 ein,
durchquert die nicht gezeigte Schaltungsanordnung an dem Eingangs-/Ausgangsmodul 44 und
durchläuft
die Mittelebene 42 bei Kreis 60a in das Mittelmatrixmodul 50. Als
nächstes
durchquert Signal A die nicht gezeigte Schaltungsanordnung und den
Abschnitt ganz links des Mittelmatrixmoduls 50 in Richtung
des unteren Eingangs-/Ausgangsmoduls 54.
Das Signal A durchquert die Mittelebene 42 bei Kreis 60d in
das untere Eingangs-/Ausgangsmodul 54. Schließlich durchquert
das Signal A die nicht gezeigte Schaltungsanordnung des unteren
Eingabe-/Ausgabemoduls 54 und tritt als Signal Aout aus.
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Weiterhin
unter Bezugnahme auf 5 tritt Signal B (Bin) in das
Eingangs-/Ausgangsmodul 44 ein und tritt aus dem Modul
bei Kreis 60b aus. Als nächstes läuft Signal B durch die Stifte 48 der
Mittelebene 42 und tritt in das Mittelmatrixmodul 46 ein. Nach
dem Durchqueren des Mittelmatrixmoduls 46 läuft Signal
B durch die Mittelebene 42 bei Kreis 60c und tritt
in das Eingangs-/Ausgangsmodul 52 ein. Schließlich tritt
Signal B als Signal Bout aus dem Eingangs-/Ausgangsmodul 52 aus.
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Aufgrund
der Beschreibung der 1-5 ist es
offensichtlich, daß die
Kreuz-Mittelebenenschaltertopologie die Verdrahtungskomplexität einer Rückverdrahtungsplatte
und den Laufweg von Signalen minimiert. Eingangsempfänger und
Ausgangstreiber sind zusammen mit Eingangs- und Ausgangsmatrixschalterarrays
auf Eingangs-/Ausgangsmodulen angeordnet. Anstatt von Eintakttreibern
und -empfängern
können
ausbalancierte Treiber und Empfänger
auf den Eingangs-/Ausgangsmodulen angebracht werden. Diese ausbalancierten
Treiber sind horizontal innerhalb eines Gehäuses zu einer Mittelebene auf
dieser montiert. Auf der anderen Seite der Mittelebene sind Mittelmatrixmodule
mit ausbalancierten Treibern und Empfängern vertikal innerhalb des
Gehäuses
an der Mittelebene befestigt. Diese Geometrie gestattet es, Verbindungen
zwischen Eingangs-, Mittel- und Ausgangsmatrizen direkt zwischen
Eingangs-/Ausgangs-
und Mittelmatrixmodulen herzustellen, ohne daß Struktursignale die Rückverdrahtungsplatte
durchlaufen müssen.
Verbindungen zwischen einem Gehäuse
und einem anderen Gehäuse
können
zum Beispiel über
nicht gezeigte Kabel mit Anschlußsteckern erfolgen, die beispielsweise
mit Anschlußsteckern 62 (5)
an den Außenrändern des
Mittelmatrixmoduls 46 koppeln.
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Die
in 3-5 beschriebene Topologie wird
weiterhin als ein Kreuz-Mittelebenenschalter oder CMX bezeichnet,
da die Orientierung von Modulen auf einer Seite der Mittelebene
orthogonal zu der Orientierung von Modulen auf einer anderen Seite der
Mittelebene verläuft.
Mit dieser Kreuz-Mittelebenen-Topologie liegen keine eine Rückverdrahtungsplatte
durchlaufenden Struktursignale vor, und alle Signalbahnen mit geregelter
Impedanz befinden sich auf den Eingangs-/Ausgangs- und Mittelmatrixmodulen.
Dies bedeutet, daß die
Art von Treibern und Empfängern,
die verwendet wird (Eintakt oder ausbalanciert, höhere oder
niedrigere Geschwindigkeit) sowie die Signalbahnimpedanz auf jede
Anwendung zugeschnitten werden können.
Außerdem
können Module
unterschiedlicher Geschwindigkeiten eingesetzt werden, da schnellere
Module immer in der Lage sind, langsamere Signale zu leiten und
die Module gemeinsam betreibbar sind, wenn ihre Schnittstellensignalpegel
kompatibel sind.
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Eine
CMX-Geometrie ermöglicht
auch das Integrieren von Modulen unterschiedlicher Geschwindigkeiten.
Beispielsweise können
16 Eingangs-/Ausgangsmodule und 16 Mittelmatrixmodule in einem Gehäuse untergebracht
sein. Wenn alle 16 Eingangs-/Ausgangsmodule mit 32-Anschluß-RS-422-Modulen
bestückt
sind, dann sollten 16 Mittelmatrixmodule in der Lage sein, 10-Mbps-Signale
zu schalten. Wenn beispielsweise acht OC-3-Eingabe-/Ausgabemodule
mit 6 Anschlüssen jeweils
in einem Gehäuse
vorliegen, dann können drei
Mittelmatrixmodule vorliegen, die jeweils in der Lage sind, 155-Mbps-(OC-3)-Signale
zu schalten. Zur Bereitstellung eines Testwegs beispielsweise kann
es wünschenswert,
aber nicht erforderlich sein, ein viertes Mittelmatrixmodul bereitzustellen,
das ebenfalls in der Lage ist, bei 155 Mbps zu arbeiten. Wenn der
Rest des Gehäuses
mit 8 OC-3-Eingangs-/Ausgangsmodulen mit zusätzlichen 8 RS-422-Eingangs-/Ausgangsmodulen
besetzt wäre, dann
würde ein
Komplement der Mittelmatrixmodulen vier Mittelmatrixmodule sein,
die bei 155 Mbps arbeiten können,
und zwölf
Mittelmatrixmodule, die bei 10 Mbps arbeiten können. Diese Anordnung kann
ein Array liefern, das in jedem Fall einen nicht-blockierenden Abschnitt (UNB) aufweist,
da ein schnellerer Signalweg immer verwendet werden kann, um ein langsameres
Signal zu leiten, und ein RS-422-Abschnitt eines derartigen Arrays
wäre somit
UNB. Zudem kann auch ein OC-3-Abschnitt eines derartigen Arrays
ebenfalls UNB sein, da das Leiten von langsameren Signalen durch
die schnelleren Mittelmatrixmodule die Fähigkeit zum Leiten von Hochgeschwindigkeitssignalen
durch die gleichen Mittelmatrixmodule nicht stört.
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Im
allgemeinen ist die Topologie eines Schalters mit der in den 3-5 gezeigten
Geometrie so aufgebaut, daß sie
Eingangs- und Ausgangsfunktionen
an einem Satz von Modulen (den Eingangs-/Ausgangsmodulen) und Schalt- oder Verarbeitungsfunktionen
an einem orthogonal dazu orientierten Satz von Modulen (den Mittelmatrixmodulen) aufweist.
Eingangs-/Ausgangsmodule können
direkt mit den Mittelmatrixmodulen über Anschlussstecker an der
Mittelebene verbunden sein, ohne daß Struktursignale eine Rückverdrahtungsplatte
durchqueren müssen.
Ein wie in den 3-5 gezeigt
angeordneter Schalter kann zusätzlich
dazu, daß er
physikalische Schichtschaltfunktionen unterstützt, verwendet werden, andere
Schaltfunktionen durchzuführen,
wie etwa Frame-Relay-
oder Asynchrone Übertragungstechnik
ATM. Umsetzungsfunktionen können
ebenfalls durchgeführt
werden, wie etwa Protokollumsetzung, Kompression oder Verschlüsselung sowie
eine beliebige Kombination aus diesen. Außerdem können Anschlußstecker
an einer Vorderkante der Mittelmatrixmodule verwendet werden, um
die Zusammenschaltung mit anderen Schaltergehäusen zu erleichtern, wodurch
eine Erweiterung ermöglicht wird.
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Es
versteht sich außerdem,
daß es
nicht erforderlich ist, die Eingangs-/Ausgangsmodule horizontal
und die Mittelmatrixmodule vertikal zu montieren. Ihre Orientierungen
können
auch umgekehrt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform jedoch sind die
Eingangs-/Ausgangsmodule horizontal und die Mittelmatrixmodule vertikal
angebracht. Diese Orientierungen werden bevorzugt, weil die Eingangs-/Ausgangsmodule
häufiger
aus dem Gehäuse entfernt
werden. Die Kabel zu den Eingangs-/Ausgangsmodulen können zur
linken und rechten Seite des Gehäuses
hin verlegt werden. Auf diese Weise sind die Module nicht-kabelgebunden,
d.h. können entfernt
werden, ohne daß Kabel
abgetrennt werden, die mit dem jeweiligen zu entfernenden Modul
nicht assoziiert sind. Obwohl die Mittelmatrixmodule vertikal montiert
sind und die Zusammenschaltung von mehreren Gehäusen erreicht wird, indem sie
miteinander verkabelt werden, werden diese Kabel weniger häufig geändert und
können
zur Oberseite oder Unterseite des Gehäuses hin verlegt werden, um
auszuschließen,
daß diese
Module kabelgebunden sind.
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Weiterhin
kann die CMX-Topologie auf andere Elektroniksysteme mit Eingangs-,
Ausgangs- und Verarbeitungsfunktionen angewendet werden. Bei solchen
Elektroniksystemen können
Eingangs- und Ausgangsmodule (die Eingangs- und Ausgangsfunktionen
durchführen)
unter Verwendung einer Kreuz-Mittelebenen-Topologie direkt mit Verarbeitungsmodulen
(die verarbeitende Funktionen durchführen) verbunden werden. Eine
derartige Ausführungsform 70 ist
in 6 gezeigt. Eine erste Stufe in dem Elektroniksystem 70 enthält mehrere
DSO-Eingangs-/Ausgangsmodule 72, 74 und 76.
Eine zweite Stufe im Elektroniksystem 70 enthält mehrere T1-Multiplexer-/Demultiplexermodule,
von 1 bis n + 1 nummeriert und mit Bezugszahlen 80, 82 und 84 belegt.
Eine dritte Stufe enthält
mehrere t1-Eingangs-/Ausgangsmodule 86, 88 und 90.
Die verbindende Struktur zwischen der ersten und zweiten Stufe und
der zweiten und dritten Stufe ist allgemein als 78 bezeichnet.
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Unter
Anwendung der CMX-Topologie auf das in 6 gezeigte
Elektroniksystem können
die DSO-Eingangs-/Ausgangsmodule und die t1-Eingangs-/Ausgangsmodule
horizontal orientierte Leiterplatten 44, 52 und 54 bestücken, wie
zum Beispiel in 3 gezeigt ist. Die T1-Multiplexer-/Demultiplexermodule
können
die vertikal orientierten Leiterplatten 46, 50 usw.
bestücken,
wie in 3 gezeigt. Die Mittelebene 42 enthält eine
verbindende Struktur 78, bei der es sich in der CMX-Topologie
um mehrere Stifte 48 handelt, wie in 4 gezeigt.
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Durch
Bereitstellen von n + 1 Modulen von T1-Multiplexern/Demultiplexern
wird ein robustes System geschaffen. Im Fall eines Multiplexermodulausfalls
kann ein anderes Multiplexermodul in dem Elektroniksystem zwischen
die erste Stufe und die dritte Stufe geschaltet werden. Wenn analog
ein t1-Eingangs-/Ausgangsmodul ausfällt, kann es durch ein anderes
t1-Eingangs-/Ausgangsmodul substituiert werden.